CN1117264C - 利用计算机视觉技术的在线实时准直测量装置的校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用计算机视觉技术的在线实时准直测量装置的校准方法。具体技术方案是：采用工业经纬仪测量系统和校准靶标进行校准；靶标由至少三根相互平行且不共面的细丝(11)组成，细丝由细丝支架(12)固定，校准时，将靶标放在传感器的工作范围内，传感器中激光平面投射器投射出的光平面和靶标细丝相交形成至少三个亮点，亮点的空间坐标同时被传感器和工业经纬仪测量系统测量，由此可以得到两个坐标系之间的转换关系，即完成了将传感器坐标统一到工业经纬仪测量坐标系中。本发明首次将视觉检测技术应用于准直测量领域，提出一种实现直线度(准直)非接触高精度测量的新方案；解决了方案中所需的灵活、快速的系统校准问题。
Description
技术领域
本发明属于精密测量装置的校准方法，特别涉及一种利用计算机视觉技术的在线实时准直测量装置的校准方法。
背景技术
准直测量属工件形位误差测量，是几何量测量的一部分，在制造业有着广泛而重要的应用，准直测量涉及的被测对象及应用场合种类多，如钢铁工业中的钢管加工、各种大型生产设备安装、产品的零部件装配等。目前尚无有效统一的准直测量装置。尤其是实时在线的测量装置。已有的准直测量法有基准指示法、激光准直法、自准直仪法、拉线法及坐标测量法，它们的共同特点是：接触式测量、速度慢，不能用于制造现场的实时在线测量，此外，这些方法不具有通用性，只能适用于某一特定类型的应用。上述缺点和现代制造业对准直测量的要求相矛盾，现代制造业关注质量，强调在制造过程中的实时在线测量，并且要求准直测量具有一定的通用性，便于降低成本。
现有的准直测量方法都以实物基准作为测量的参照物，如基准指示法以基准平面(或基准直线)为测量参照；激光准直法以激光束为测量参照；自准直仪法以光轴为测量参照；拉线法以基准直线为参照；坐标测量法以坐标测量机的导轨运动为参照，它们的测量都是接触式，效率低，速度慢，不能在制造现场应用。
发明内容
本专利申请发明一种全新的基于现代计算机视觉技术的实时准直测量装置及对该装置的校准方法，利用计算机视觉的实时准直测量装置采用虚拟基准取代了实物基准作为测量参照，具体技术方案是：
由至少三个传感器、一个计算机组成，传感器由激光平面投射器8和摄像机10组成，二者之间在空间成三角关系，满足三角法测量原理；测量装置中的传感器需接受计算机控制并将视频信号输出，所有的传感器通过通讯控制总线7接到计算机中的总线控制卡4上，由计算机统一控制，输出的视频信号则通过视频总线6接到计算机中的图像采集卡3上。
采用计算机视觉技术的在线实时准直测量装置的校准方法，采用工业经纬仪测量系统和校准靶标，靶标由至少三根相互平行且不共面的细丝11组成，细丝由细丝支架12固定，校准时，将靶标放在传感器的工作范围内，传感器中激光平面投射器投射出的光平面和靶标细丝相交形成至少三个亮点，亮点的空间坐标同时被传感器和工业经纬仪测量系统测量，由此可以得到两个坐标系之间的转换关系，即完成了将传感器坐标系统一到工业经纬仪测量坐标系中。
如图1所示，根据被测对象的尺寸及结构，选用或设计相应工作距离和量程的结构光视觉传感器，按测量要求将三个或多个传感器布置在一起，并固定相对位置，传感器的控制电路9上集成有计算机现场总线通讯接口；
用工业摄像机构造在结构光视觉传感器。传感器采用三角法测量原理，可以实现空间三维点的非接触测量；
所有传感器通过通讯控制总线接受计算机控制，组成完整统一的测量装置。
采用两台高精度经纬仪组成移动式空间三维坐标测量系统，借助辅助靶标，如图3所示，将所有传感器的坐标系统一到一个基准坐标系中；在基准坐标系中，由数学拟合、优化的方法，按照被测对象直线度的定义，得到准直测量结果。
和现有的测量方法相比，本专利装置的显著特点是用虚拟基准取代了实物基准，并且利用了最新的计算机视觉技术，测量非接触、速度快，可用于制造业现场，且具有一定的通用性。
本发明首次将视觉检测技术应用于准直测量领域，提出一种实现直线度(准直)非接触高精度测量的新方案；解决了方案中所需的灵活、快速的系统校准问题。
附图说明
图1：测量装置示意图；
图2：传感器示意图；
图3：靶标示意图。
具体实施方式
下面以无缝钢管直线度测量为例说明具体的实施方式：
如图1所示，由多个视觉传感器2组成一个完整检测系统，传感器的数量可根据实际要求(所需的量程和精度)决定，传感器沿钢管1轴向均匀串联放置，且与轴向平行，传感器到钢管的距离约为400mm，也可根据钢管直径、传感器工作距离等参数作调整；
传感器由激光平面投射器8和摄像机10组成，二者之间在空间成三角关系，满足三角法测量原理要求，如图2所示。传感器在测量时，激光平面投射器将一个激光平面投射到被测钢管外圆上，产生一段圆弧如图1，包含圆弧的图像由摄像机接受，摄像机输出的视频信号经图像采集卡3进入计算机5，计算机分析圆弧在图像中的位置，并由光平面和摄像机之间的关系求得圆弧在传感器坐标系中的三维坐标，并经数学拟合求得其对应圆心的坐标，该坐标值就是用激光平面横截钢管得到的截面圆的圆心坐标。测量装置中的传感器需接受统一控制并将视频信号输出，所有的传感器通过485现场控制总线7进入计算机中的485总线控制卡4，由计算机统一控制，传感器输出的视频信号则通过视频总线6接到计算机中的图像采集卡3上。
在建立测量系统时，需要将所有传感器的坐标系统一到一个基准坐标系中，即系统基准。具体方法是：采用工业经纬仪测量系统(如Leica T1800经纬仪和Txyz测量软件)和校准靶标，靶标由至少三根相互平行且不共面的细丝11组成，细丝由细丝支架12固定，如图3所示。校准时，将靶标放在传感器的工作范围内，传感器中激光平面投射器投射出的光平面和靶标细丝相交形成三个亮点，亮点的空间坐标同时被传感器和工业经纬仪测量系统测量，由此可以得到两个坐标系之间的转换关系，即完成了将传感器坐标系统一到工业经纬仪测量坐标系中。依次对所有传感器做同样处理，就可以将所有传感器坐标系统一到一个基准坐标系中(工业经纬仪测量坐标系)。
最后，将所有传感器测得的钢管截面圆的圆心坐标系统一到基准坐标系中，在基准坐标系中，按照被测对象直线度的定义，得到准直测量结果。
Claims (1)
1.一种利用计算机视觉技术的在线实时准直测量装置的校准方法，所述利用计算机视觉技术的在线实时准直测量装置由至少三个传感器、一个计算机组成，所述传感器由激光平面投射器(8)和摄像机(10)组成，二者之间在空间呈三角关系，满足三角法测量原理；所述测量装置中的传感器需接受控制并将视频信号输出，所有的传感器通过控制总线(7)接到计算机中的总线控制卡(4)上由计算机统一控制，输出的视频信号则通过视频总线(6)接到计算机中的图像采集卡(3)上；其特征在于，采用工业经纬仪测量系统和校准靶标进行校准；靶标由至少三根相互平行且不共面的细丝(11)组成，细丝由细丝支架(12)固定，校准时，将靶标放在传感器的工作范围内，传感器中激光平面投射器投射出的光平面和靶标细丝相交形成至少三个亮点，亮点的空间坐标同时被传感器和工业经纬仪测量系统测量，由此可以得到两个坐标系之间的转换关系，即完成了将传感器坐标系统一到工业经纬仪测量坐标系中。
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